Создание и изучение новых материалов, эффективных для устранения разливов нефти и нефтепродуктов в Арктической зоне

Объекты исследования – реагенты-собиратели нефти, водонефтяные системы, композитные графеновые аэрогели с политетраэтиленом, аэрогели на основе метилтриметоксисилана и тетраэтоксисилана, целлюлозные аэрогели. Цель по выполняемому проекту – разработка и систематическое изучение новых экологически благоприятных материалов для очистки воды от нефти(нефтепродуктов) в условиях Арктики. Проект направлен на решение фундаментальной проблемы – сохранение окружающей среды и ликвидация последствий техногенных катастроф. Арктика является климатоформирующим регионом планеты, поэтому сохранение окружающей среды в этом регионе имеет глобальное значение. В результате реализации первого этапа проекта разработаны две композиции реагентов-собирателей нефти (РСН-1 и РСН-2), содержащие поверхностно-активные вещества растительного происхождения и малотоксичные растворители. Показано, что наиболее эффективны изобутанольные растворы РСН-1 и РСН-2, создающие давление растекания более 41 мН/м и увеличивающие толщину нефтяной пленки с 0.1 мм до 2.6-2.7 мм (температура воды 23оС), до 1.4-1.5 мм в холодной воде (7оС). Таким образом, впервые разработаны эффективные в холодной воде РСН на основе природных компонентов, благодаря чему они имеют высокую склонность к биоразложению. По усовершенствованным методикам были синтезированы и всесторонне охарактеризованы серия новых композиционных аэрогелей из оксида графена (ОГ) и политетрафторэтилена (ПТФЭ), на основе и целлюлозы из борщевика Сосновского, на основе метилтриметоксисилана (МТМС) и тетраэтоксисилана (ТЭОС). Сорбционная емкость наиболее перспективных сорбентов составила: аэрогеля МТМС/ТЭОС(1:1) - 10 г/г по нефти; аэрогеля ОГ/ПТФЭ (2:3): 26.01 г/г по нефти, 39.95 г/г по дизельному топливу, 15.14 г/г по моторному маслу. Нефтеемкость аэрогеля ОГ/ПТФЭ (2:3) близка к рекордному, и в функциональном отношении материал бесспорно перспективен. Впервые проведено мультимодальное исследование РСН в исходном состоянии и в водонефтяных системах с помощью комплекса методов на основе ЯМР. Была разработана методика ЯМР спектроскопического исследования, позволяющая получать спектроскопические, релаксационные и диффузионные данные для исследования молекулярного строения, межмолекулярных взаимодействий и динамических свойств химических компонентов РСН. Впервые была разработана и апробирована методика проведения МРТ исследований водонефтяных систем в условиях знакопеременного температурного воздействия. С помощью разработанной методики были проведены исследования модельных и водонефтяных систем в присутствии РСН и показана возможность МРТ визуализации процессов тепло- и массопереноса в них. Впервые обнаружено существенное влияние РСН на процессы, протекающие при замерзании водной фазы водонефтяных систем. Проведенная обширная методическая работа обеспечила фундаментальную основу для проведения ЯМР исследований, что позволило продемонстрировать эффективность применения разработанных методик в изучении реагентов-собирателей нефти, водонефтяных и комплексных «вода(лед)/нефть/РСН» систем. Таким образом, в результате выполнения проекта достигнуты все заявленные на конец 2022 года научные результаты. Полученные в рамках проекта результаты имеют фундаментальную и практическую значимость, состоящую в создании новых высокоэффективных материалов для решения столь важной экологической задачи как ликвидация аварийных нефтяных разливов в Арктической зоне. Представленные результаты внесут значимый вклад в освоение Арктики и холодных территорий, позволят снизить последствия техногенных чрезвычайных ситуаций и будут способствовать развитию новых технологий восстановления и сохранения окружающей среды.